暖通空调系统定压补水装置的选用

　　摘要：本文从使用（而非设计）的角度，介绍了几种常用暖通空调定压补水装置基本原理、性能特点等。以便于广大用户根据具体实际情况，通过比较分析、合理选用适合各自个体特点的既满足安全可靠先进的要求，又兼顾经济环保及便于操作要求的装置。
　　关键词：暖通空调、定压补水、性能特点、合理选用
　　
　　1、引言
　　暖通空调系统补水装置的作用，是保证采暖或中央空调水系统冷热介质（水），在系统内不倒空、不汽化、不超压，并保持有有一定供系统循环的压力，保证系统冷热交换稳定正常。
　　目前暖通空调系统常用有以下几种定压补水装置:①.膨胀水箱定压补水装置；②.定压罐定压补水装置；③.变频泵定压补水装置；
　　其他如连续补水泵补水、水射器补水、自来水直接补水等装置，因为其适用范围小或缺陷明显使用少，这里不做介绍。
　　2、膨胀水箱：
　　膨胀水箱定压原理：
　　膨胀水箱定压原理是通过水箱容积的缓冲调节作用，通过水箱高低水位的控制，实现补水（溢流）的作用，以调节由于系统水温变化或泄漏引起的系统介质（水）的容积变化，保持其系统冷热媒介（水）压力的相对恒定。它是中小型系统和空调水系统常用的定压装置之一。
　　膨胀水箱位置：膨胀水箱位置应该根据系统型式、作用半径、建筑物的高度、供水温度等具体因素来选择。其安装位置及高度不同，给系统产生的工况也不同。可靠的系统，其工况必须满足不汽化、不超压、不倒空，并有足够循环动力的要求。
　　开式膨胀水箱将水箱设在系统的最高点，通常接在循环水泵吸水口的回水干管上。
　　膨胀水箱型式的分类：分开式（高位）和闭式（落地）
　　闭式膨胀水箱容积计算：
　　Vt=Vs(v2/v1-1-3αΔt)/(1-P1/P2)
　　Vt—膨胀水箱容积:m3 Vs—系统水总容量:m3
　　v1—低温时水的比容，m3/Kg;v2—高温时水的比容，m3/Kg;
　　α—线性膨胀系数，钢为11.7×10-6℃-1，铜为11.7×10-6℃-1
　　Δt—水系统中最大温差，℃（一般为5）
　　P1—低温时水压力，KpaP2—高温时水压力，Kpa
　　P1、P2的确定：
　　P1，箱体静压头+系统顶部的最小压力值P2，运行时最高压力
　　开式膨胀水箱容积计算方法：
　　Vp=αΔtVs
　　Vp---膨胀水箱有效容积，m3α---水的体积膨胀系数,α=0.0006,1/℃
　　Δt---系统内最大水温变化值，℃Vs---系统内的总水容量，m3
　　说明：当水箱同时用于采暖和采冷时分别计算，取大值
　　特点：（1）优点：它具有装置简单、安全、少维护、运行费用低、压力稳定、不用电等；可以有效消除系统非正常工况下的超压。（2）缺点：对最高点有空间位置要求；系统有氧化腐蚀缺陷；不适应大面积以及高层、超高层建筑物需要。
　　3、定压罐：
　　定压罐工作原理：定压罐定压，是在膨胀水箱基础上发展起来的一类定压补水装置，其原理同闭式膨胀水箱。当系统水温变化或泄漏引起水的容积变化时，由于气压罐内气体高压缩性的缓冲作用，使系统压力稳定在预设的压力范围内。如果系统压力下降至预设压力的下限时，由电接点继电器动作启动补水泵，使之向系统供水，直至压力达到预定的的压力上限值时止。若系统压力超过设定的最高压力值时，安全阀自行向软水箱或排水系统泄水降压。以维持系统的压力平衡。
　　该装置由气压罐、补水泵、安全阀、电接点压力表、控制箱等组合而成。
　　系统中定压点压力确定：定压点压力的高低要考虑两个因素，一个是系统运行时任一点都不超压，二是系统停运时系统不倒空。如果定压点的压力过高，系统中的每一点的压力也就相应的增高，导致管道、阀门或设备等在高压下运行，出现强度破坏或疲劳损坏。压力设置太低，系统就会倒空出现气堵，而导致介质循环不畅。
　　气压罐工作压力值按以下方法确定(推荐)
　　(1)补水泵启动压力P1:
　　P1=Po+0.005;“Po”系统最高点压力
　　(2)补水泵停泵压力P2：
　　P2=（P1+0.1）/β-0.1β：工作压力比，一般取0．65～0．85
　　(3)安全阀开启压力P3:
　　P3=P2+0.03式中压力（压强）计算单位均为“MPa”
　　气压罐总容积:
　　V=Vt/(1-β)
　　Vt-调节水量(m3),为补水泵3min的流量,且保持水箱调节水位不小于200mm。估算时取膨胀水量的一半。
　　补水泵流量：补水泵流量（每小时）选择应不小于系统水容量的4％～5％。
　　特点：（1）优点：布置灵活，不受高度的限制；实现设备集中控制管理，维修使用较方便；系统的氧化腐蚀减轻；较好地防止系统出现汽化及水击现象；适应大面积高建筑物的需要。（2）缺点：补水泵启动频繁,泵的寿命低；系统压力波动大，不能有效防止非正常情况系统超压的问题；不能断电能源浪费较大，运行费用高；体积较大占空间大。
　　4、变频装置：
　　基本原理：变频调速定压补水装置，是在定压罐以后发展起来的，是变频调速技术和膨胀水箱技术的结合。其基本原理是根据传感器采集的系统的水压力变化，通过逻辑计算调整电源频率，平滑无级地调整补水泵转速，即调节补水量，以达到实现系统恒压点压力相对恒定的目的。
　　该定压方式的关键设备是变频器。其工作原理是先把通用50HZ的交流电转为直流电，再通过变频器把直流电变换为所需频率的交流电。通过补水泵电源频率的改变，达到调节补水泵转速、调节补水量，从而达到调节系统水压力目的。
　　电机频率与转速的关系为：n=60f(1-S)/P或f=nP/60(1-S)式中：n一水泵交流电机转速;f一电源频率，Hz;S一转差率，一般为5%左右;P一电机的极对数。
　　由上式可看出，当P、S一定时，水泵电机转速与输入电源的频率成正比；由水泵特性可知，水泵流量与转速成正比，所以调节电源频率即可直接调节补水泵流量，以调整系统内流体介质因为系统温度或泄漏等原因引起的压力变化。
　　补水泵流量：补水泵流量（每小时）选择应不小于系统水容量的4％～5％。
　　变频器的频率调节范围：一般调节范围为5～50Hz之间，也有使用高频电源变频器范围可以达到400Hz，但对变频器本身和电机要求高，不经济。
　　实际使用中要根据特定系统具体情况，通过建立系统模型，计算系统（取样点）压力与补水泵执行频率的关系，并在调试过程中加以调整，最终实现系统水介质不倒空、不超压并维持一定运行工作压力的目的。
　　变频器规格根据补水泵参数选择：用工控机更容易实现上述目的，采用变频调速技术和专用工控机(PLC)技术,对补水泵进行闭环控制。根据循环水系统中瞬时失水量的大小与相应的压力值两种参数,经工控机的模拟量模块处理后控制变频调速器,自动调节水泵转速,使循环水系统补水点压力恒定在系统的静水压线上，可达到压力波动小、更加节能的效果。
　　特点：（1）优点：有定压罐的优点，但较定压罐解决了补水泵启动频繁，影响寿命，耗费电能多的问题；罐体的容积小占空间小；操作方便更人性化；适应大面积高层暖通空调系统。（2）缺点：设备贵投资大，针对各个体需建立频率与系统定压模型，对使用、调整、维修人员技术要求高；相对膨胀水箱耗能，受电源影响。
　　5、实例：
　　2005年新疆自治区党委组织部培训中心工程，为5层结构（机场附近限高），总面积20000m2。采暖（外网一次水经板式换热器换热）和中央空调（变风量新风机组加风机盘管）季节切换。共用管路水系统及末端系统。
　　补水装置设计使用定压罐补水泵装置。在使用中发现频繁启动现象严重，气压罐气体漏气，需频繁加气。最重要因为其运行不连续，在冬季使用，采暖停运再启动时，定压装置快速补足系统压力，而启运后水温大幅上升导致系统压力严重超压。因为泄压阀设计装在系统和定压装置之间的止回阀近定压装置一侧，以防止定压装置失灵，所以对止回阀近系统末端一侧压力升高无法保护，而导致末端金属软管等损坏漏水。
　　针对上述情况，根据系统高度不高，使用面积小、补水量小的特点，改成在系统最高点（电梯设备间）加设自流式软化水装置和不锈钢膨胀水箱补水装置，代替定压罐补水。既解决了以上问题，又节约了运行维修费用和设备间空间，至今运行正常。
　　6、结语
　　任何装置，包括暖通空调定压补水装置的选用，都要客观分析具体情况及需要。任何所谓的科学先进的装置也有其实用范围和局限性。应该要从实际出发，从安全性、可靠性、稳定性、先进性、经济型、可操作性等多方面综合考评选用。最贵的、或者所谓最先进的未必是最适合的，最适合的才是最好的最科学的。
　　
　　参考文献：
　　1、贺平，孙刚。《供热工程》，中国建筑工业出版社，2000
　　2、李丽星。热水系统的定压方式与定压点，《科技情报开发与经济》，1997
　　3、刘梦真王宇清。《高层建筑采暖设计技术》，机械工业出版社，2004